Рассмотрены нелинейные модели колебаний уровня Каспийского моря, стока и влагозапасов речных бассейнов. Показано, что резкие и непредсказуемые колебания уровня моря могут быть объяснены в рамках теории динамического хаоса. Предложена простая модель глобального климата Земли, демонстрирующая его неустойчивость. Обоснована необходимость длительных и непрерывных наблюдений за температурным режимом Каспийского моря и Волжского бассейна, которые могут быть обеспечены с помощью космического мониторинга.